Структурные уровни организации материи.В основе современных представлений о строении материального мира лежит системный подход. Любой объект или явление в соответствии с этим подходом рассматривается как сложное образование, включающее в себя составные части, организованные в целостность. Дадим определения важнейших понятий: - Система – совокупность элементов и связей между ними; - Элемент – минимальный неделимый далее компонент системы. Очевидно, что один и тот же объект может быть элементом одной системы и в то же время сам являться сложной системой; - Связи – отношения между элементами системы. Связи составляют структуру системы. Они могут быть горизонтальными (координация между однопорядковыми элементами) и вертикальными (отражающими субординацию, т.е. соподчинение, разнопорядковых элементов). Совокупность горизонтальных связей образует уровни организации системы, совокупность вертикальных связей отражает их иерархию. Вся материя Вселенной также является колоссальной, сложнейшей системой. Можно выделить три уровня строения материи: 1. Микромир – предельно малые, не наблюдаемые непосредственно объекты (молекулы, атомы, элементарные частицы, среди которых есть чрезвычайно короткоживущие). Масштабы длин имеют порядки 2. Макромир – мир объектов, размеры которых сопоставимы с масштабами человеческого опыта. Характерные длины от 10-3 до 104 м, времена – от секунд до лет. Объекты могут быть как сравнительно простыми, так и чрезвычайно сложными (биологические объекты). Поэтому на этом уровне естествознания сталкивается множество частных дисциплин – от классической механики до биологии. 3. Мегамир – мир космических масштабов и скоростей. Расстояния имеют порядки световых лет, время При изучении предмета «Концепции современного естествознания» мы, как и в любой науке, должны двигаться от простейших представлений и понятий к более сложным. Наиболее простыми и привычными для нас являются те явления, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и наблюдаем непосредственно. Все они описываются в рамках классических представлений, которые и следует вспомнить в начале курса. Лекция 2. Практические методы физических исследований. Физические величины и измерения. Первоначальное взаимодействие человека (исследователя) с объектом или явлением имеет место непосредственно на практике. Здесь происходит накопление и систематизация фактов, их описание. Все это – практический, или эмпирический, уровень познания. Он включает в себя наблюдения, измерения, эксперимент. Лишь на основе полученных данных строится гипотеза и происходит подъем на более высокий, теоретический уровень познания. 1. Наблюдения. Основным способом получения информации об окружающем мире и явлениях, которые в нем происходят, с древнейших времен было наблюдение. Наблюдение может проводиться как при помощи наших естественных органов чувств: зрения, слуха, обоняния, осязания и даже вкуса. Однако все эти чувства развиты у разных людей в разной степени, поэтому такие наблюдения достаточно несовершенны. Любые выводы, сделанные на основании таких наблюдений, будут в большой степени субъективны. Существует огромное количество явлений, вообще недоступных непосредственному человеческому восприятию. Например, мы не видим электромагнитные волны, частоты которых лежат за пределами оптического диапазона, не воспринимаем ультразвук, не способны заглянуть в микромир. Для более объективного, глубокого и разностороннего изучения действительности человеческому организму нужно «помочь» - требуется использование приборов. Однако система «прибор-объект» – это уже совсем не то же самое, что исходный объект. 2. Измерения и измерительные приборы. Наблюдение становится частью научного исследования, если на основании этого наблюдения делаются некоторые сравнения и выводы. Для того чтобы сравнивать какие-либо свойства материальных объектов, требуется дать этим свойствам количественные характеристики. Более того, в квантовой механике считается, что реально существуют лишь те объекты, которые можно измерить: «Принципиально неизмеримое – физически нереально» (Бор, Гейзенберг). Процедура получения количественной информации об объекте исследования называется измерением. Инструмент, с помощью которого проводится измерение, называют прибором. Теорией измерений занимается специальная наука – метрология. Простейший способ измерения (прямой) заключается в том, что исследуемый объект сравнивается с эталоном, принятым за единицу. Самый известный эталон – это платино-иридиевый стержень длиной в 1метр, хранившийся в Париже, в Палате мер и весов. Очевидны неудобства таких измерений, связанные с хранением и воспроизведением копий эталона. В настоящее время (с 1983 г.) решено считать 1 метр как расстояние, проходимое светом в вакууме за время 1/299792458 секунд. Для измерения времени также нужен эталон. В настоящее время считается, что 1 секунда – это время, за которое происходит 9192631830 периодов колебаний излучения, испускаемого изотопом цезия Заметим, что для измерения величин, описывающих явления макромира, привлекаются явления микромира и мегамира. В соответствии с последними договоренностями эталонная длина в 1 метр не измеряется непосредственно, а вычисляется по формуле 3. Физические размерности. Международная система СИ. При измерении исследователь получает количественные характеристики какого-либо свойства данного объекта. Каждая величина имеет свой физический смысл и свою единицу измерения - размерность. Величины разной размерности нельзя сравнивать, складывать или вычитать друг из друга, т.к. они описывают разные свойства объектов. Единицы измерения оказалось удобно согласовать между всеми странами. Это было вызвано прежде всего экономическими интересами. В настоящее время мировым сообществом принята единая метрическая система мер, называемая Международной Системой (СИ). Ее основные единицы (требующие определения с помощью эталона): - Длина – 1 метр; - Время – 1 секунда; - Масса – 1 килограмм; - Термодинамическая температура – 1 Кельвин; - Количество вещества – 1 моль; - Сила электрического тока – 1 Ампер; - Сила света – 1 кандела; Остальные физические величины получаются из перечисленных и называются производными, например, Н, Дж, Вт, В, Ом.
|
м, время может принимать любые значения, скорости могут быть близки к скорости света в вакууме. Проблемами, связанными с возникновением, взаимодействием и распадом «кирпичиков мироздания», занимается физика (ядерная, атомная и молекулярная физика, химическая физика и др. разделы).
лет. Задачи этого круга решают астрономия, астрофизика, космология.
.
, где с – скорость света в вакууме. Такое измерение носит название косвенного. В подавляющем большинстве физические измерения являются косвенными. К косвенным измерениям можно также отнести метод экстраполяции, который основан на предположении о том, что в области, где измерения не проводились, поведение системы остается таким же. Экстраполяция далеко не всегда подтверждается экспериментом.
